CN103958140B - 用于晶片切割的晶片切割牺牲基板 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有用来夹持一块材料(3)例如锭材、块材或棒的安装面(2)的牺牲基板(1)，用来将材料(3)切割成多个晶片，该牺牲基板(1)的弹性模量小于6000MPa，较佳为小于5000MPa，更佳为小于4000MPa。本发明还涉及一种由一块材料(3)例如锭材、块材或棒材制造多个晶片的方法，该方法包括以下步骤：将一块材料(3)安装到牺牲基板(1)上，较佳为使用胶粘；将安装有材料(3)的牺牲基板(1)安装到切割设备上；将材料(3)切割为多个晶片。

Description

用于晶片切割的晶片切割牺牲基板
技术领域
本发明涉及将块材(bricks)或锭材(光伏/半导体工业)或棒材(光电学领域)切割为块材或晶片时所使用的晶片切割牺牲基板(也称“梁”)。
背景技术
以下描述现有技术中的晶片切割工艺。用于切割晶片的切割设备具有形成于至少两个线导轮之间的切割线网。将一块材料(锭材、块材或棒材)降下并使其进入切割线网，此时切割丝正在进行往复循环运动，形成切割动作，从而将该块材料切割成晶片。该方法同样用于将锭材切割为块材。这里切割线的数量较低并且切割线在绷于多级滑轮之间。具有创新性的牺牲板可用于此类线锯(被称为切块机或切断机，梅耶博格公司(Meyer Burger)将其称为“切块大师”(Brick Master))。此处使用术语线锯指任何类型的线锯，此处所说的块材可以具有任何形状。块材的切割公开于WO2010/128011A1，此处将以引用方式将其全部公开内容纳入本说明书。
一块多晶锭材被切割为多个块材：对单晶锭材进行修方(或修圆)时，将其放置于夹具之上。然后使用WO2010/128011A1图3中所示的切割线场由上方向下将圆形锭材切出大致为正方形或其他需要的形状。同时锭材被切割成块，使块材得到需要的长度。裁切时将单晶硅锭材的锥形端部去除。
如今，更多使用固定研磨材料切割用于半导体应用、太阳能电池或LED的晶片。使用将研磨材料悬浮于浆料中并由金属线携带进行切割的方法已经十分罕见。在固定研磨材料切割方法中，研磨材料直接附着于金属线上。金刚石线就属于此类金属线。
以上这些切割技术被应用于半导体、电子元器件、光伏与光电领域。典型的需要切割的材料有砷化镓、锗、多晶或单晶或类单晶硅、磷化铟、石英、蓝宝石或其他陶瓷材料。
当切割一块材料时，例如切割块材、锭材或棒材时，将其附着于牺牲板之上。牺牲板附着于通常为金属制成的夹具之上。该夹具用来将整个组件安装于切割机的安装座之上。
下面对牺牲基板的功能进行详细说明。块材随着金属线导轮的转动被推过金属线网，使切割线向下弯曲。随着切割深度的增加，切割线形成所谓的“弓形”。由于切割线的这种“弓形”，材料的(顶部)两侧边缘在块材的中部被完全切透之前已经被切割。牺牲基板的作用就是使夹具与材料保持一定距离，使夹具免受切割(并导致夹具损坏)。因此牺牲基板为一次性部件。晶片切割完成后，夹具、牺牲基板和晶片由切割机移除。在下一个加工步骤中，呈梳状并排悬挂于安装组件之上的多个晶片将与牺牲基板和组件系统分离。本说明书使用术语“飞边”，用来描述当切割线将基板部分切割后形成于基板(或称之为“梁”)上形成的一种结构。飞边的厚度与完成的切割的晶片的厚度近似。
牺牲基板可根据材料形状的不同而具有不同的形状。锭材、块材或棒材可具有不同的形状和大小。例如，牺牲基板可以为矩形或是一侧为与圆柱形棒材配合的曲面，另一侧为平面。对于蓝宝石两种形状类型都有。对于半导体而言梁的一侧大多为弧形，对于光伏应用而言牺牲基板大多为矩形。
乙二醇切片过程与水基切片过程对比：切割过程中使用一种切割液。该切割液至少具有冷却和润滑功能。作为使用金刚石线切割晶片的切割液时考虑以下两个主要系统：由水和添加剂构成的纯水基切割液，例如协作(Synergy)DWS500(由美国金刚石线材料技术(Diamond Wire Materials Technology)公司提供)或是由水以外的有机溶液构成的切割液，已知大多数此类切割液为乙二醇基，例如
Figure BDA0000509301230000021
(由美国Yushiro ManufacturingAmerica公司提供)。本发明涉及水基切割过程和乙二醇基切割和其他任何切割过程。尤其是水基过程对基板的性能要求更为苛刻，主要是涉及膨胀和变形问题。
连续切片过程(类生产)有时也被称为背对背切片(back to back wafering)：与通常一次切割消耗400km切割线的、使用浆料配合的切割过程中使用的切割线相比而言，使用金刚石线切割时切割线的长度较为有限，通常为1－10km。金刚石线的使用寿命高于常规的浆料线，因此使用切割线的长度较短。然而，在这一过程中金刚石线网的一部分在切割时向收线轴移动，但切割中使用的切割线的主要部分此时仍然位于线网上，而该部分切割线将用于后续的连续切割。结果，为了能够正常工作，金刚石线的切割力不应受到牺牲基板的不良影响。否则将在连续切割时影响切割线的切割性能。
这种切割方式与所谓的一次性切割形成对照，在一次性切割中切割线仅切割一次并且在切割下一枚锭材、块材或棒材之前，留在切割网中已经用过的部分将被更新。显然在一系列的连续性单线切割中消耗的切割线要远大于一系列的背对背切割中消耗的切割线。后者由于能够对金刚石线的使用寿命进行优化，因而具有更高的成本效益。
以下展示本说明书使用的其他术语：切割线网由切割线导轮支承。该导轮通常覆有截面为凹槽形状的用来接收切割线的聚氨酯层。金刚石线被缠绕于切割线导轮上的这些凹槽中形成网状。凹槽的间距(即重复出现的凹槽图案之间的距离)与所使用的切割线直径决定了切出晶片的厚度。
跳线和结对都是与重复性线网图案相关的缺陷，这两种缺陷都会导致与偏离期望的晶片厚度。线网中两根切割线粘连时被称为结对。当某根切割线未在其凹槽中时被称为跳线。
总体厚度变化(缩写为TTV)是指晶片最大与最小厚度之差。该值用来衡量切割品质。
边缘缺陷指晶片边缘破损、边角破裂或不规则形状。缺口指仅出现在晶片一侧的贝壳状缺陷。微裂纹是另一种重要缺陷。不正确的切割或梁可导致该缺陷的发生。
在连续切割中，如果固着研磨线网尽管已经在前一次切割中部分使用，如果该使用过的切割线的切割能力尚未减弱太多而能够得以连续使用，就能够显著降低固着研磨切片过程的成本。在切割过程中可以通过切割丝的偏移程度(切割过程中测定切割线形的形状或是“弓形”的弯曲程度)对切割能力进行测量。即将失去切割能力的切割线较未使用过的新切割线偏移程度会更大(更大或更多的弓形)。
切割结束时，为了进行完全切割以得到晶片，牺牲基板被部分切割，用于补偿切割过程中切割线产生的弓形变化。该牺牲基板的造价应尽量低廉，并且不能影响晶片的切割质量。
现有的牺牲基板在与切割线相互作用的过程中，连续切割中产生的切割线偏移程度远远大于首次切割结束时的偏移程度，连续切割获得的晶片品质低于切割线不与牺牲基板相互作用时切出的晶片。由此造成更多的晶片不符合要求，因此成品率也较低。由于切割丝消耗更快，还增加了切割线断裂的风险。
以下详细说明现有的牺牲基板。目前在使用浆料的晶片切割中主要使用玻璃作为牺牲基板。其优点是其价格低廉。并且其不会吸潮并具有与硅和蓝宝石相当的导热系数，并且观察到其在晶片切割过程中的典型条件下具有几何形状的稳定性和热稳定性。然而，其缺点在于其会损伤金刚石线的品质。当金刚石线开始切入玻璃基板时，切割线无法去除由切割槽(即被切割材料上产生的切槽)中产生的碎屑。从而导致切割线的切割能力受到损害，如果工件穿过线网时的移动没有减少，施加在切割线上的力就会增加。
可由市场获得的另一种牺牲基板由合成材料制成，例如热塑料、热固材料或复合材料，大多数为填充有当前常见的各种填充剂的环氧树脂基材料。
目前可以得到的一种牺牲基板为DMT111GB(由美国金刚石线材料技术(DiamondWire Materials Technology)公司提供)；基于酚醛树脂的基板与其他复合材料解决方案相比要便宜许多并在基于乙二醇的切割过程中表现良好。这种梁的缺点在于其在基于水的切割过程中会吸潮并膨胀且无法控制，导致晶片由牺牲安装盘上脱落并有可能损坏。
另一种可选方案是一种被称为维美德
Figure BDA0000509301230000041
190净梁(
Figure BDA0000509301230000042
190Clean Beam)(由美国Valtech公司提供)的填充有矿物质的热塑性塑料，其优点是具有稳定的几何形状，会产生平直、未变形的飞边(被切割后的牺牲基板上位于两根相邻切割线之间的部分)。然而，该基板材料与金刚石材料的相互作用会导致金刚石线在后续的切割中切割性能的严重损害。因此在连续切割中会消耗更多的新切割线，从而使加工成本上升。
EP2111960A1公开了一种具有空心管的安装板作为标准玻璃基板和更为昂贵的聚脂基板的替代，但该基板由陶瓷材料制成，对于金刚石线切割过程来说硬度过大，会导致金刚石线过早失效。
US2009199836A1公开了一种碳纳米管加强线锯梁，用于将锭材切割为晶片的线切割。据称该线锯梁通过使用碳纳米管(CNT)对普通树脂进行加强(结合该线锯梁的其它物理性能)能够提高线锯梁的杨氏模量。然而，杨氏模量提高后的梁对切割线的切割性能和切割线或切割线导轮的清洁产生不良影响。这将对切割品质造成不良影响并可导致晶片的损坏。
WO2009040109A1公开了一种使用线锯由锭材切割晶片的方法。切割前将锭材粘于锭材固定装置之上。为了将粘胶完全由锭材固定装置之上去除，同时保留在切割后的晶片之上，锭材固定装置表面上具有一(SiO)x履层。
DE244482A1公开了一种切割具有较大尺寸(大于1m x0.50m)的陶瓷板的方法。将多个陶瓷板叠置，并且于陶瓷板之间填充切割前已经硬化的可流动物质(聚氨酯泡沫)。该材料的弹性模量低于陶瓷板。使用冷却切割轮将对该叠层进行切割。DE2044482A1涉及完全不同的技术领域。此外，本发明不涉及对板材的切割，仅涉及为得到晶片对锭材、块材或棒材的切割。
US2011162504A1公开了一种用于对稀土磁铁块的多重切除加工的多重刀片切割机，特别是涉及该多重刀片切割机加工时用于固定磁铁块的夹具。因此US2011162504A1涉及完全不同的技术领域。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的解决方案中存在的问题并提供一种用晶片切割的具有成本效益的牺牲基板，该基板对切割线的切割性能没有不良影响，对切割锯或导线轮的清洁度没有不良影响，具有成本效益，能够获得高品质晶片和高成品率，不会对晶片造成损害，并且可同时用于水基切割和乙二醇切割。
与现有技术相比，本发明的技术方案采用了完全不同的方案。以下对本发明的原理进行详细说明。
本领域技术人员对牺牲基板总体研究方向是开发出具有更加优异的热稳定性、几何稳定性和机械稳定性的材料。所有现有的技术方案都试图提供能够在晶片切割过程中能够在所使用的牺牲基板上产生坚硬、平直且稳定的飞边。因此会使用具有非常高的弹性模量的致密材料。这种机械稳定性被认为是在圆晶切割过程中保证晶片机械完整性和高成品率的基本要求。
然而，根据本发明的牺牲基板的特征在于较大程度上的几何变形，并结合低弹性模量，使施加在晶片上的力保持在较低水平，从而使晶片不受损伤甚至脱落。
本发明的目的通过使用一种晶片切割牺牲基板(所谓的晶片切割梁)得以实现，该牺牲基板具有用来夹持一块物料的安装面，该物料包括锭材、块材和棒材，用来从该块物料上切出多片晶片，其中该晶片切割牺牲基板具有的根据ISO178的弯曲模量或弹性模量小于6000Mpa，以小于5000Mpa更佳，最佳为小于4000Mpa。
使用上文限定的弹性更大的材料对产出晶片的品质和切割线的寿命具有有益的效果，将在下文中详细说明。
本发明的目的还通过由多孔材料制成的晶片切割牺牲基板实现。具有开放和/或封闭孔洞的多孔材料使牺牲基板对于切割线更为柔软。同时沉积在切割线和切割线导轮上的物质也更少(由于孔洞的存在)。
在一实施例中，晶片切割牺牲基板具有大于0.15(或15％)的孔隙率，以大于0.30(或30％)为更佳，最优为大于0.40(或40％)。
在一实施例中，该多孔材料为一种泡沫材料，以聚合物泡沫为佳。该实施例为优选实施例，因为其性能优良并且生产成本低廉。对于任何物质而言，泡沫是指其由内部残留许多气泡而形成，确切来说就是残留在固体内的气泡。泡沫也可以用填充剂(即另一种固体)填充，以便改变梁的某种功能属性，例如模量、热性能等。
本发明的目的还通过一种晶片切割牺牲基板实现，该晶片牺牲基板由吸水率小于2％的聚合物制成，较佳为小于1.5％，以小于0.7％为最优。吸水率是材料的一种属性，指材料扩散吸收水份的能力。某种材料的吸水率在某些测量条件下测定。吸水量或吸水率是某块材料吸收的水分的质量与材料样品自身质量的关系。吸水率单位以mg或％表示。测量方法和条件在DIN标准53495中给出。本应用的吸水率的测量条件为将材料样品于23℃蒸馏水中浸24小时。
本发明的目的还通过一种晶片切割牺牲基板实现，该晶片切割牺牲基板具有高于50℃的热变形温度，较佳为高于60℃，最优为高于70℃。
在一实施例中该晶片切割牺牲基板由热固塑料制成。
在一实施例中该晶片切割牺牲基板由泡沫材料制造，例如泡沫聚合物、泡沫陶瓷或泡沫金属。
在一实施例中，该晶片切割牺牲基板由聚氨酯制成。
在一实施例中，该晶片切割牺牲基板由泡沫聚氨酯制成，该泡沫聚氨酯优选吸湿率小于0.7％。
较佳的是，该晶片切割牺牲基板具有一附着面，用来将该晶片切割牺牲基板附着到切割设备之上(例如：切割设备上的夹具或牺牲基板座)，该附着面最好位于牺牲基板的反面(相对于安装面)。或者可以使用其他牺牲梁的表面作为附着面使用。
本发明的目的还通过一种由一块物料制造多个晶片的方法实现，该物料选锭材、导体材或棒材，该方法包括以下步骤：将锭材、块材或棒材粘附于晶片切割牺牲基板之上；将装有锭材、块材或棒材的晶片切割牺牲基板安装到切割设备之上，该切割设备为线锯；通过将锭材、块材或棒材移动穿过该线锯的切割线网将其切割为多个晶片，其中所述的晶片切割基板为前文所述的各个实施例中的任何晶片切割牺牲基板之一。
较佳的是，所述将晶片切割牺牲基板安装到切割设备的步骤是将所述晶片切割牺牲基板安装到一夹具之上，再将该夹具连接到切割设备的承座之上。
较佳的是，所述晶片切割牺牲基板上附着两枚块材。
较佳的是，所述线网由金刚石线构成。本发明的基板使金刚石丝得以最大限度的利用，因此能够实现金刚石线切割最低的购置成本。
以下对本发明的优点和原理进行详细说明：
本发明的牺牲基板的优点在于其不会降低切割线的切割性能(固定式研磨线，利用悬浮为浆料中的研磨剂工作的切割线)，并且连续切割能够产生稳定、符合规定的TTV和切割痕。还应注意，在对梁进行切割的过程中，切割结束时金刚石线受损。由于此时某些切割已经完成，切割线可能会将梁穿透，下一轮切割在线网中仍然会切割工件。
本领域技术人员熟知在切割过程，由于冷却剂的毛细作用，晶片倾向于相互靠拢。
图2所示的晶片不受毛细作用的影响的理想情况是不存在的。实践中，切割完成后悬挂于夹具和牺牲基板上的晶片更接近图9中所示的情况。多个晶片会倾向于聚拢，这主要是由于毛细作用。图8展示了这种典型情况。
这种情况可导致晶片相当大的变形，使晶片受到应力，这可能是微裂纹和缺口甚至晶片损失的主要原因。
为了弄清变形程度和单一晶片在某一种力的作用下受到的应力，本发明人使用有限元模型对其进行了深入分析。
因此本发明人创建了如图13所示模型：一枚被完全切割的硅晶片，其厚度为t，长度为l，宽度为w；该晶片通过粘合剂悬置于梁上。该梁已经被切入一定深度h。
该过程结束时，当切割线切入梁后，本发明人通过计算发现当变形程度相同时，施加在悬挂于弹性模量较低的梁上的晶片的应力要小于悬挂在模量较高的梁上的晶片。
附图说明
图1是用于从工件上切出晶片的线切割机的局部示意图。
图2是理想状态下切割过程完成后由牺牲基板夹持的多个晶片的示意图。
图3展示了具有弧形安装面的牺牲基板。
图4展示了夹层组件结构。
图5展示了使用本发明的牺牲基板的夹层结构的测试程序的测试结果。
图6展示了使用现有技术的牺牲基板的夹层结构的测试程序的测试结果。
图7a展示了本发明的移除晶片后的基板飞边。
图7b和图7c展示了现有技术的基板在移除多个晶片后的飞边。
图8是切割过程完成后由牺牲基板夹持的多个晶片的实拍图。
图9是切割过程后由牺牲基板夹持的多个晶片的示意图，图中展示了晶片由于冷却剂的毛细效应而产生的期望中的偏移。
图10展示了使用本发明的牺牲基板时不同连续测试切割数量下的总体厚度变化(TTV)。
图11展示了使用现有技术的牺牲基板时不同连续测试切割数量下的总体厚度变化(TTV)。
图12展示了悬挂于牺牲基板上偏移后的晶片。
图13展示了单独一枚悬挂于牺牲基板上的晶片。
附图标记
1：晶片切割牺牲基板 2：安装面
3：材料 4：晶片
5：切割设备 6：切割线导轮
7：切割线 8：夹具
具体实施方式
为了更加详细说明这一情况，以下对两个示例进行说明。在这两个示例中使用的硅晶片参数值如下：弹性模量(259000MPa)，晶片长度l(156mm)，晶片宽度w(156mm)，晶片厚度t(0.180mm),粘结剂厚度(0.300mm)，粘结剂强度(14MPa)，到梁的高度h(7mm)。
在例1中使用了一种现有的具有较高模量的梁(弹性模量为12000MPa)。如图12所示，典型情况下作用在晶片底部的力F的大小为0.0342N，使晶片偏移值Δd达到9.1mm，并在晶片与粘结剂的交界处产生了大小为10N/mm2的张力σ。
例2中使用了本发明的弹性模量为6000MPa的梁。作用在晶片底部的力F的大小同样为如图12所示的0.0342N，使晶片偏移值Δd达到14.8mm，并在晶片与粘结剂的交界处产生了大小同样为10N/mm2的张力σ。
使用有限元模型对上述尺寸晶片近端侧向偏移距离Δd达到3.6mm所需要的力F的计算结果为0.0342N。晶片的近端附着于梁上。
以上为基本示例，现实中产生的张力和变形范围可能会更大。但这些计算的结果表明低模量材料要优于高模量材料，因为梁会接受更多的变形，由此降低毛细作用施加在晶片上的应力。
本发明人建议使用具有低弹性模量的材料。在表现出更多有益效果的较佳实施例中，应寻找吸水率相对较低的材料以避免飞边的几何变形过大，导致对晶片的剪切应力过大。已经发现飞边在一定程度上的几何变形(切割线在基板上形成的)是可以接受的，只需要对膨胀引起的变形加以控制。
牺牲基板可具有小于6000MPa(ISO178)的弹性模量，较佳为弹性模量小于5000MPa；更佳为弹性模量小于4000Mpa。现有技术中浆料切割晶片时使用的传统玻璃基板的典型弹性模量为50-90GPa。因为据报道玻璃补强塑料的弹性模量大于15GPa。陶瓷基板典型地具有更高的弹性模量，例如，方解石(CaCO3的范围是70-90GPa)，因此陶瓷填充塑料通常倾向于提高基体塑料材料的弹性模量。本领域中存在使用弹性模量大于10.000GPa的补强环氧基板。
为了避免对金刚石线的损伤，本发明建议使用具有一定孔隙度的材料，仍然可以保证基板具有足够的几何稳定性。
本发明具有以下优点：
·与现有技术的梁(具有或不具有填料的合成材料、陶瓷、环氧树脂材料)相比，提供了低成本的技术方案。
·本发明的基板使金刚石线能够得以最大限度的利用，从而将金刚石线晶片切割的经营成本降至最低。
·由于牺牲基板的材料较当前最新技术使用的材料更为柔软，金刚石线不会在牺牲基板上逐渐形成弓形。这样就确保线锯的切出过程(指所有切割线完全与工件脱离所需要的时间)更快。
·产出的晶片机械性能完好无损，因此缺口和微裂纹较少。因此使用本发明的基板切割薄晶片可以得到更高的成品率。
·该材料可以方便地加工为任何需要的尺寸和形状(例如，切割蓝宝石时；与2”、4”、6”的棒材配合)，可以在其上钻孔，由于材料质地柔软，可以轻易实现其他各种形状。
·该基板材料重量轻，便于搬运和运输。
·该基板材料可在水基和/或乙二醇切割过程中使用。
·由于本发明的牺牲基板为多孔材料(更为柔软)，与现有技术的基板(例如玻璃)相比而言，切割线更易于切入牺牲基板。因此降低了切割线在进入位于牺牲基板和物料之间的柔软的胶粘层时横向滑动(或变形)。这一有益效果使更多的胶粘剂得以使用，进而降低了牺牲基板与晶片之间力的传递。切割线在尚未完全穿过物料时就已经切入牺牲基板的边缘。由于切入程度较深，切割线在基板中得以有效的导向。因此极大地降低了切割线在基板表面上横向移动的风险。
本发明的另一优点在于：由于该牺牲基板使切割线的弓形弯曲得以释放(基板中不会产生弓形)，因此该基板的厚度就不必象现有技术的基板那样厚。由于牺牲基板使用了更少的材料，因此使用该基板更为经济也更为环保。
附图和从属权利要求中列出了本发明的更多实施方式。附图标记清单也是本发明公开内容的组成部分。以下结合附图对本发明进行详细说明。
图1展示了用来从材料块3上切出多个晶片的切割设备5，该材料3粘着于晶片切割牺牲基板1上。该晶片切割牺牲基板1安装于夹具8上，夹具与切割设备5的支座9连接。形成切割线网的切割线7由切割线导轮6支承和驱动。切割过程中材料块3移动穿过切割线网。
图2展示了切割过程结束后多个晶片4呈梳状排列悬挂于牺牲基板1之上。
图3展示了牺牲基板的形状可根据材料块3的形状变化。在图3所示实施例中，材料块3为柱状棒材，牺牲基板的形状也相应地具有弧形的安装面2。牺牲基板可以是任何其它形状。
图4展示了用于测试牺牲基板材料性能的测试用排列方式。拟与切割设备5连接的夹具8承载着交替排列的牺牲基板1和物料块3(块材)。以下详细描述实验细节：
为了在一次单一切割测试中模拟背对背式切割过程(一批块材、锭材或棒材切割完成后、开始切割新的一批块材、锭材或棒材之前不对切割线网进行更新)，设计了一种被称为“夹层测试”的实验设置。图4示意性地展示了此种测试用排列方式。在该测试中，使用Delo-Duopox RM884将一块高度为20mm的单晶硅块材3粘着于高度为12mm的牺牲基板1之上，再将其粘着于高度为20mm的单晶硅块材3，并依此类推，得到一种由牺牲基板1与单晶块材3组成的夹层结构，单晶硅块材与牺牲基板1交替三次(参见图4)。
上述实验中使用的设置对正式生产也有所帮助。
全部实验均在梅耶博格(Meyer Burger)DS264上进行，切割线速度为15m/s，工作台运行速度为0.9mm/s，切割线张力为25N，并采用浓度为5％的水基冷却剂SynergyDWS500。切割线采用来自朝日金刚石工业(Asahi Diamond Industrial)公司的金刚石线，规格为0.12mm芯线10－20grid。材料块为研磨削为125mm x100mm x20mm大小的单晶硅块材。
切割线在穿过夹层结构时对切割线的线弓进行测量。(图5是采用本发明的基板产生的结果，图6是采用现有的维美德
Figure BDA0000509301230000101
190净梁(
Figure BDA0000509301230000102
190Clean Beam)产生的结果。)
对于本发明牺牲梁的夹层测试，本例中使用发泡聚氨酯梁(图5)，当切割线切入牺牲基板1时切割线的偏移降至接近于零并在第一枚硅块材3结束并开始对下一枚硅块材进行切割使之复原至原来的水平。因此这一过程使金刚石线寿命得以优化从而得到最高的成本效益。
另一优点在于，由于牺牲基板1的“0”弓形，切割的最后一步即切出过程完成速度得以加快。
晶片4脱胶并分离后通过观察基板上产生的飞边对基板的变形(见图2)进行目视检查。到目前为止，通常认为飞边不应发生变形(如图7c)，因为这种变形会增加晶片损坏和损失的风险，并使晶片的厚度发生变化。然而，可以看出，本发明允许一定程度的变形(如图7a)。
由于偏移的产生，可以预见晶片上会产生一定机械应力。通常，可以认为不期望这种机械应力发生，因为会影响晶片的机械完整性。然而，已经发现如果牺牲基板材料柔韧性好并具有低弹性模量，切出的晶片就不会受到影响。晶片仍粘着于牺牲基板之上并且没有观察到对晶片品质的不良影响。该牺牲基板的弹性模量可小于6000MPa(依照ISO标准ISO178)，较佳为小于5000MPa，最佳为小于4000MPa。
产生的飞边的厚度分布是重要特征之一。飞边的厚度变化表明了飞边受到所使用的冷却系统影响的膨胀程度。如果与冷却剂接触后膨胀过多，晶片损失和损坏的风险会再次增加。对若干种材料的飞边厚度标准偏差进行了测量。现有技术中的酚醛树脂梁DMT1111GB材料，(参见图7b)在基于乙二醇的系统中表现良好，但在水基系统中膨胀过多。薄层厚度的标准偏差大于10μm(见表1)。维美德
Figure BDA0000509301230000112
190净梁(
Figure BDA0000509301230000113
190Clean Beam)(现有技术)能够在单次切割中产出非常好的晶片品质并且变形小，厚度变化也非常小。然而，这种梁(基板)对金刚石线的要求过于苛刻。本发明的基板由图7a可以看出飞边发生变形，并具有低于10μm(见表1)的标准偏差飞边厚度。本发明一实施例中使用的聚全物可具有小于2％的吸湿率(也称吸水率)(根据标准DIN53495；室温24小时，23℃蒸馏水)，较佳为小于1.5％，最佳为小于0.7％。塑料材料的耐水能力主要取决于材料的化学性质，如果该塑料中含有填充剂，还取决于填充剂的类型。更为亲水的材料通常会较斥水材料需要更多的材料。通常，吸水率的测量是通过将某一质量的材料浸泡于23℃蒸馏水中24小时后对材料质量增加值进行测量来确定的。这些测量在DIN标准53495中有所描述。
表1:
Figure BDA0000509301230000111
另一重要参数指标是对线锯和切割线导轮的沾染，会对(金刚石)线的寿命产生严重影响。
切割过程中，需要切割线将切割线切下的材料拖离，理想的是通过线锯的清洁程序去除。
多孔材料与固体材料或填充材料相比的优点在于被切下的材料相对较少因而需要由切割槽(线切割后在材料上形成的槽)上去除的材料也较少。然而，在水基金刚石线晶片切割过程中观察到这一去除和清洁过程额外复杂，这是因为基板材料倾向于沉积在切割机上，特别是沉积于滑轮和切割线导向轮之上。这种沉积会阻塞切割线导向轮和滑轮上本应用来引导切割线的凹槽，因此会产生切割线结对和跳线的危险，导致晶片厚度不一，损害晶片品质。为了避免这一问题，牺牲基板必需使用不会沉积在切割线导轮或切割机上其他任何地方且能够通过水基清洁系统清除和去除的材料。
由于牺牲基板通常是由含有填充剂的聚合物基体制成，因此有两种可能的沾染源：填充剂和/或基体材料。填充剂大多被添加到基体树脂以使材料更为廉价或提高材料的性能，例如弹性模量(参见前文所述)。此外，填充材料和基体材料都可与金刚石线相互产生不良影响。因此，选材和填充剂相对于基体的浓度十分重要。现已发现，根据本发明，理想的牺牲基板的填充剂含量小于30％质量百分比，较佳为小于15％，最佳为没有填充剂。
在本应用中，为了不对切割线造成损害，填充剂的硬度用莫氏硬度表示应低于或等于2(相当于石膏)，最佳为小于或等于1.5(相当于石墨)
基于两点原因，材料的热稳定性是另一重要标准：
第一个原因是水基金刚石线切割过程典型的温度(使用红外摄像机测量)范围为40℃左右。对于乙二醇基的切割过程，据信会产生更高的温度(非常可能接近50℃)。可以预见局部温度可能会更高，特别是在切割槽中的温度。因此，梁材在较高温度下能够保持尺寸的稳定性就十分重要。通过三点弯曲试验测量热变形温度，试验中对处于持续弯曲负载下的样品进行加热。根据ISO75(ISO75－方法B)热变形温度是指达到某一弯曲程度时的加热温度。因此，为了使基板不会由于在切割过程中产生的热量而发生变形，基板的热稳定性，尤其是其热弯曲温度应高于50℃，更佳为高于60℃，最佳为高于70℃。
第二个原因是聚合物基体还易于沉积。沉积原因之一是切割过程中产生的热量。特别是热塑性塑料已经被证明对这一现象十分敏感。相信这是由于切割线在切入牺牲基板时产生的热量引起的，因此会使聚合物基体软化，使聚合物玷染于切割线上。因此以使用热固性塑料为佳。
生产条件的试验性证明：
为了证明该牺牲基板在近似生产中的使用情况，进行了连续金刚石线切割。使用规格为0.12芯线直径、10－20金刚石网格朝日(Asahi)金刚石线在梅耶博格(MeyerBurger)DS271切割机上进行总时间不超过48小时的8次连续切割。使用的材料为156mmx156mm单晶硅，目标是将其切割为厚度180μm的晶片。牺牲基板采用孔隙度50％、弹性模量900MPa、热变形温度77℃、吸水率0.6％的聚氨酯泡沫材料。冷却剂为浓度5％的SynergyDWS500，使用Pall公司的直列式膜过滤系统在整个试验期间对冷却剂进行回收。为了评估梁对晶片品质的影响，试验中每次连续切割中多个晶片的总体厚度变化(TTV)的中间值相对于首次切割的总体厚度变化中间值展示出来(参见图10)。首次切割的总体厚度变化(TTV)是最小的，这是因为此次切割是唯一一次全程使用未使用的新金刚石切割线网进行的切割。在第二次和随后的切割过程中，线网上至少有一部分是在上一次切割中已经被使用过。连续切割的TTV值的增加始终保持稳定并处于最低值。与之相比，使用现有技术的牺牲基板使用DW111GB以进行三次连续切割后的相同数据也被展示出来(参见图11)。牺牲基板不稳定并连续切割的结果表明这将产生糟糕的TTV结果。使用维美德
Figure BDA0000509301230000131
190净梁(
Figure BDA0000509301230000132
190Clean Beam)(另一种现有技术)进行的相同切割试验不得不中途放弃，因为第二次切割时弓形过大且切割线有断裂风险。
本发明牺牲基板具有以下四种有利机制：
1.由于弹性模量低，施加在晶片上的力保持在较低水平。
2.基板材料不会对切割线造成损伤。
3.牺牲基板密度较低，使切割线更易进入基板，防止切割线在基板表面“徘徊”。
4.由于产生的弓形较小，梁也可做得更薄。
对于上述在不同冷却液(例如：水基冷却和含乙二醇的冷却液)和不同切割线类型(金刚石线和使用浸于浆料中的研磨剂切割)观察结果表明，以下实施例及其组合都是能够实现本发明目的的具有创造性的技术方案。
弹性模量小于6000MPa(兆帕)，较佳为小于5000Mpa，更佳为小于4000MPa的牺牲基板。
由具有封闭和开放小孔洞的多孔材料制成的牺牲基板。
由泡沫材料(聚合物泡沫材料如：聚氨酯、聚异三聚氰酸脂、聚苯乙烯、PVC、环氧、乳胶、硅胶、含氟聚合物、酚醛泡沫或复合泡沫塑料(微球塑料)、或泡沫陶瓷或金属泡沫)制成的牺牲基板。
该基板既可用于金刚石线(固定附着研磨剂的切割线)，也可用于基于浆料的切割。
较佳的材料：
较佳的材料为聚氨酯，其优点在于其价格低廉且不会沉积于具有聚氨酯涂层的切割线导轮或滑轮上。吸水率<0.7％(DIN53495)的聚氨酯泡沫为优选材料。
聚氨酯泡沫的孔隙率可大于0.15，较佳为大于0.30，更佳为大于0.40；并具有小于6000MPa的弹性模量(依据ISO178)；较佳为弹性模量小于5000MPa；更佳为小于4000MPa。
孔隙率：
固体材料内的任何孔隙空间都被看作是孔洞，即不论其是封闭或开放的小腔。孔隙率也被称为体积空洞比被定义为：xp＝(d0-dp)/d0，是固体材料密度(不含任何孔隙)d0与多孔材料的密度dp之差与d0的比值。该多孔材料可以是一种泡沫材料(聚合物泡沫材料如：聚氨酯、聚异三聚氰酸脂、聚苯乙烯、PVC、环氧、乳胶、硅胶、含氟聚合物、酚醛泡沫或复合泡沫塑料(微球塑料)、或是泡沫陶瓷或金属泡沫)。用于金刚石线晶片切割的聚合物牺牲基板可具有大于0.15的孔隙率或15％(按百分比，即乘以100％)；较佳为大于0.30或30％；更佳为大于0.40或40％。
吸水率：
本发明的聚合物基板的吸水率(根据DIN53495；室温下蒸馏水中浸泡24小时)应小于2％，较佳为小于1.5％，更佳为小于0.7％。以上为聚合物材料的典型测量结果。玻璃不吸水。固态环氧树脂的吸水率大致为0.1％甚至更低。现有技术中的思路一直是将基板吸水率降至最低，但本发明人发现这一标准的界限还有一定灵活性，因为基板的机械性能(弹性模量)可以补偿由于吸水造成的变形，还因为包括泡沫材料在内的多孔材料具有较高的吸水率。
机械强度：
牺牲基板可具有小于6000MPa(ISO178，室温23℃下对80mm x10mmx4mm的块状材料进行短期弯曲试验(Kurzzeit))的弹性模量，较佳为弹性模量小于5000MPa；更佳为弹性模量小于4000Mpa。现有技术中浆料切割晶片时使用的传统玻璃基板的典型弹性模量为50-90GPa(千兆帕)。因为据报道玻璃补强塑料的弹性模量大于15GPa。陶瓷基板典型地具有更高的弹性模量，例如，方解石(CaCO3的范围是70-90GPa)，因此陶瓷填充塑料通常倾向于提高基体塑料材料的弹性模量。现有技术中存在使用弹性模量大于10GPa的补强环氧基板。
热变形温度(参见http://www.matweb.com/reference/deflection-temperature.aspx)应高于50℃(ISO75)，较佳为高于60℃，更佳为高于70℃，以便不会因为切割过程中产生的热量而发生变形。变形温度是在材料受到某给定负载时不断增加温度后的抗变形能力。变形温度也被称为“负载下的变形温度”。
本实施例中的最优选材料为热固性塑料。
本发明不受以上具体实施的限制。任何符合本发明规格的材料都可以使用。以上具体实施方式中描述的各种规格既可以单独使用，也可以与本发明的其他实施方式结合使用。

Claims (28)

1.一种晶片切割系统，包括：
夹具(8)；
晶片切割牺牲基板(1)，其安装在所述夹具(8)上；以及
具有线网的线锯；
其中，所述晶片切割牺牲基板(1)具有用来保持锭材、块材或棒材的安装面(2)，所述晶片切割系统使用所述线锯将所述锭材、块材或棒材切割为多个晶片(4)，
其中所述晶片切割牺牲基板(1)是梁并具有小于6000MPa的弹性模量，
其中所述线网由金刚石线构成。
2.根据权利要求1所述的晶片切割系统，其中所述晶片切割牺牲基板(1)的弹性模量小于5000Mpa。
3.根据权利要求1所述的晶片切割系统，其中所述晶片切割牺牲基板(1)的弹性模量小于4000Mpa。
4.根据权利要求1所述的晶片切割系统，其中所述晶片切割牺牲基板(1)由多孔材料制成。
5.根据权利要求4所述的晶片切割系统，其中所述晶片切割牺牲基板(1)的孔隙度大于0.15。
6.根据权利要求4所述的晶片切割系统，其中所述晶片切割牺牲基板(1)的孔隙度大于0.30。
7.根据权利要求4所述的晶片切割系统，其中所述晶片切割牺牲基板(1)的孔隙度大于0.40。
8.根据权利要求4-7中任一项所述的晶片切割系统，其中所述多孔材料为一种泡沫材料。
9.根据权利要求4-7中任一项所述晶片切割系统，其中所述多孔材料为聚合物泡沫。
10.根据权利要求1-7中任一项所述的晶片切割系统，其中所述晶片切割牺牲基板(1)由吸水率小于2％的聚合物材料制造。
11.根据权利要求1-7中任一项所述的晶片切割系统，其中所述晶片切割牺牲基板(1)由吸水率小于1.5％的聚合物材料制造。
12.根据权利要求1-7中任一项所述的晶片切割系统，其中所述晶片切割牺牲基板(1)由吸水率小于0.7％的聚合物材料制造。
13.根据权利要求1-7中任一项所述的晶片切割系统，其中所述晶片切割牺牲基板(1)的热变形温度大于50℃。
14.根据权利要求1-7中任一项所述的晶片切割系统，其中所述晶片切割牺牲基板(1)的热变形温度大于60℃。
15.根据权利要求1-7中任一项所述的晶片切割系统，其中所述晶片切割牺牲基板(1)的热变形温度大于70℃。
16.根据权利要求1-7中任一项所述的晶片切割系统，其中所述晶片切割牺牲基板(1)由热固性塑料制造。
17.根据权利要求1-7中任一项所述的晶片切割系统，其中所述晶片切割牺牲基板(1)包含泡沫材料。
18.根据权利要求17所述的晶片切割系统，其中所述晶片切割牺牲基板(1)由泡沫材料制造。
19.根据权利要求17所述的晶片切割系统，其中所述泡沫材料是聚合物泡沫、泡沫陶瓷或泡沫金属。
20.根据权利要求1-7中任一项所述的晶片切割系统，其中所述晶片切割牺牲基板(1)包含聚氨酯。
21.根据权利要求1-7中任一项所述的晶片切割系统，其中所述晶片切割牺牲基板(1)由聚氨酯制造。
22.根据权利要求1-7中任一项所述的晶片切割系统，其中所述晶片切割牺牲基板(1)由聚氨酯泡沫材料制造。
23.根据权利要求22所述的晶片切割系统，其中该聚氨酯泡沫的吸水率小于2％。
24.根据权利要求22所述的晶片切割系统，其中该聚氨酯泡沫的吸水率小于0.7％。
25.根据权利要求22所述的晶片切割系统，其中该聚氨酯泡沫的吸水率大于0.1％。
26.一种由锭材、块材或棒材制造多个晶片的方法，该方法包括以下步骤：将该锭材、块材或棒材通过粘接的方式安装到晶片切割牺牲基板(1)上；将安装有该锭材、块材或棒材的晶片切割牺牲基板(1)安装到切割设备(5)之上，其中所述切割设备(5)为线锯；通过将该锭材、块材或棒材移动穿过该线锯的线网将该锭材、块材或棒材切割为多个晶片，其中所述晶片切割牺牲基板(1)为权利要求1-25中任一项所述的晶片切割系统中的晶片切割牺牲基板(1)，
其中所述线网由金刚石线构成。
27.根据权利要求26所述的由锭材、块材或棒材制造多个晶片的方法，其中所述将晶片切割牺牲基板(1)安装到切割设备(5)之上的步骤是通过将该晶片切割牺牲基板(1)安装到夹具(8)之上，该夹具(8)是与该切割设备(5)的承座(9)连接完成的。
28.根据权利要求26或27所述的由锭材、块材或棒材制造多个晶片的方法，其中所述晶片切割牺牲基板(1)上安装有两块块材(3)。
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